JP2013199871A - 電動送風機 - Google Patents

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Katsuhide Kato
勝英 加藤
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Abstract

【課題】 電動機部内の空気がファン側玉軸受を通ってファン部にリークすることを、機械損を伴うことなく十分に抑制することが可能な電動送風機を提供する。
【解決手段】 電動送風機は、電動機ケース及びこの内部にステータ11と共に配設されたロータ15を備える電動機部Mと、ロータ15のロータ軸16に連結されたファン31及びこのファン31を覆って電動機ケースに取付けられたファンカバーを有するファン部Fを備える。電動機ケースに形成された軸受ハウジング部4a内に配置された玉軸受7でロータ軸16を支持する。ロータ軸16のファン部側部位が貫通された玉軸受7を電動機部Mの内側から覆うスリンガー19を、ロータ軸16にこの軸と一体に回転されるように取付ける。ロータ軸16が貫通された玉軸受7の内輪8と外輪9との間8の空気を電動機部Mの内部に吸出す気流を形成する羽根20を、スリンガー19に設けたことを特徴としている。
【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は、例えば電気掃除機などに備えられる電動送風機に関する。
電動送風機は、電動機部とファン部とを備え、ファン部のファンから吐出された空気をディフューザにより整流した上で、電動機部内に流通させることにより、電動機部を空冷する構成となっている。
電動機部が有するロータのロータ軸は玉軸受で支持されている。ロータ軸のファン部側部位はファン部側に配設された玉軸受を貫通しているので、ファン部側の玉軸受を通って電動機部とファン部とは連通されている。
ファン部のファンとディフューザとの間に形成された空隙内の空気は、ファンから吐出される空気の流れによって吸引されるので、それに伴い、前記空隙内の圧力は大気圧より低くなる。これに対して、電動機部の内部の圧力は略大気圧に近くなっている。このような圧力差により電動機部内の空気がファン部側の玉軸受を通ってファン部の前記空隙に向けて吸込まれる。
このようにファン部側玉軸受を通る空気漏れ(リーク)があると、以下の不具合をもたらされる。第1に、電動機部内の空気の一部が前記リークを原因として電動機部とファン部にわたって循環するので、電動送風機の送風効率が低下する。第2に、電動送風機に吸込まれる空気は微細な塵を含んでいる。これと共に、電動機部が整流子を備えている場合、整流子に接するカーボンブラシの摩耗粉が電動機室内の空気に含まれる。こうした塵や摩耗粉が前記リークによってファン部側玉軸受の内部に付着することに伴い、この玉軸受の寿命が低下することがある。
こうしたファン部側玉軸受でのリークを抑制するために、ファン部側玉軸受に、シール部材付きの玉軸受が使用されることがある。シール部材付きの玉軸受は、その厚み方向両端部にシール部材が夫々配設されていて、これらシール部材で内輪と外輪との間に形成される軸受内間隙を閉じるように構成されている。
この玉軸受においてシール性能を十分に確保するためには、シール部材の内周部が内輪に接触された状態に保持されると共に、シール部材の外周部が外輪に接触された状態に保持されている必要がある。しかし、こうした構成では、シール部材と内輪若しくは外輪との摺接に伴う機械損を生じて、電動送風機の効率が低下することは否定できない。
そのために、一般的に、シール部材で軸受内間隙を完全に閉じるのではなく、シール部材は、内輪若しくは外輪に軽微に接触された状態に配設されている。しかし、このようにシールが不完全な構成の玉軸受を備えた電動送風機では、前記不具合を解消する上では十分ではない。
特開2002−147388号公報
実施形態は、電動機部内の空気がファン部側玉軸受を通ってファン部にリークすることを、機械損を伴うことなく十分に抑制することが可能な電動送風機を提供することにある。
前記課題を解決するために、実施形態の電動送風機は、電動機ケース及びこの内部にステータと共に配設されたロータを備える電動機部と、ロータのロータ軸に連結されたファン及びこのファンを覆って電動機ケースに取付けられたファンカバーを有するファン部を備える。電動機ケースに形成された軸受ハウジング部内に配置された玉軸受でロータ軸を支持する。ロータ軸のファン部側部位が貫通された玉軸受を電動機部の内側から覆うスリンガーを、ロータ軸にこの軸と一体に回転されるように取付ける。ロータ軸が貫通された玉軸受の内輪と外輪との間の空気を電動機部の内部に吸出す気流を形成する羽根を、スリンガーに設けたことを特徴としている。
第1実施形態に係る電動送風機を示す断面図である。 図1の電動送風機の一部を拡大して示す断面図である。 図1の電動送風機が備えるロータを示す斜視図である。 図3のロータが備えるスリンガーを示す斜視図である。 第2実施形態に係る電動送風機の一部を拡大して示す断面図である。 第3実施形態に係る電動送風機の一部を拡大して示す断面図である。 図6の電動送風機が備えるロータを示す斜視図である。 図7のロータが備えるスリンガーを示す斜視図である。
以下、第1実施形態の電動送風機について、図1から図4を参照して詳細に説明する。
図1中符号1は図示しない電気掃除機の掃除機本体に内蔵されて吸塵用の気流を形成するための送風動作を営む電動送風機を示している。この電動送風機1は、電動機部Mとファン部Fを備えている。
電動機部Mは、例えば整流子電動機であり、電動機ケース2、ステータ11、ロータ15、及び図示しない一対のブラシ装置等を備えている。なお、電動機部Mはブラシレス電動機であってもよい。ファン部Fは、ファン31、ディフューザ41、及びファンカバー45を備えている。
電動機ケース2は、ケース本体3にケース端面板4を連結して形成されている。
金属板を絞り加工して作られたケース本体3は、一端が開口されるとともに他端が端壁3aで閉じられた有底円筒状に形成され、その一端の開口縁3bは円環状をなして外側に張り出している。端壁3aの中央部に第1の軸受ハウジング部3cが電動機ケース2の外側に突出して形成されている。第1の軸受ハウジング部3cはケース本体3の内側に開放されている。この第1の軸受ハウジング部3cの内部に、第1玉軸受5が圧入されているとともに、予圧ばね6が収容されている。予圧ばね6は第1玉軸受5の内輪をファン部F側に付勢している。
金属板をプレス成形して作られたケース端面板4は、図1が描かれた紙面の表裏方向に延びてケース本体3の開口を径方向に横切っていて、その両端部が開口縁3bにねじ止めされている。ケース端面板4はその中央部と両端部との間に開口された図示しない円形の通気孔を有している。電動機ケース2は、ケース本体3とケース端面板4との間に残された開口及びケース端面板4の通気孔を通してファン部Fの内部と連通されている。
ケース端面板4はその長手方向中央部に電動機ケース2の外側に突出する第2の軸受ハウジング部4aを有している。この第2の軸受ハウジング部4aは、電動機ケース2内に開口して、第1の軸受ハウジング部3cとは逆きに突出されていている。第2の軸受ハウジング部4aの端壁(図1及び図2では上壁)は、その中央部に通孔4b(図2参照)を有している。
図1及び図2に示すようにケース端面板4は、第2の軸受ハウジング部4aの開口を縁取る環状縁部4cを有している。環状縁部4cは、ケース端面板4における長手方向の中央部位4dに対して電動機ケース2の内部に突出されている。環状縁部4cの各部の断面形状は半円状をなしている。ケース端面板4の中央部位4dは、環状縁部4cの周囲に一体に張り出した部位、つまり、環状縁部4cを境に第2の軸受ハウジング部4aと反対側に連続された部位である。
第2の軸受ハウジング部4aの内部に第2玉軸受7が圧入されている。図2に示すように第2玉軸受7は、内輪8と、外輪9と、これらの間に形成された軸受内間隙7aに配設されて内輪8と外輪9とで挟まれる複数個の鋼球10と、軸受内間隙7aに配設されて各鋼球10相互を軸受内間隙7a内で位置決めをする図示しない鋼球ホルダ−とを有しており、かつ、軸受内間隙7aに図示しないグリースが収容されている。こうした第2玉軸受7の構成は一般的であって、第1玉軸受5の構成も同様である。前記圧入に伴い第2玉軸受7の外輪9の外周が第2の軸受ハウジング部4aの内周に密着され、それにより、外輪9は回転されないように第2の軸受ハウジング部4aに保持されている。
図1に示すようにステータ11は、平面的に見た外形形状が略四角なステータ鉄心12と、この鉄心に巻き付けられた一対のステータ巻線13を有している。ステータ11は、その四隅をケース本体3の円筒形周壁の内面に圧接させて電動機ケース2内に固定されている。
ステータ鉄心12の外面とこれに対向したケース本体3の円筒形周壁の内面との間にケース内風路2aが形成されている。このケース内風路2aの下流側に位置してケース本体3に排気部14が設けられている。排気部14は、例えばステータ鉄心12と端壁3aとの間に位置して前記円筒形周壁に開けられた複数の排気孔で形成されている。ケース内風路2aはその上流側に位置されたケース本体3の開口及びケース端面板4の通気孔に連通している。
各ステータ巻線13の一部は、図1に示すようにステータ鉄心12の一端からファン部F側に突出されている。このように突出されたファン部側巻線端部13aは、ケース端面板4の中央部に対してケース端面板4の幅方向両側に配置されて、ケース端面板4の中央部位4dに夫々近付けられている。
図1及び図3に示すようにロータ15は、ロータ軸16に、電機子巻線17aが巻かれた電機子鉄心17、及び電機子巻線17aの巻線端末が接続された整流子25を取付けるとともに、スリンガー19を取付けて形成されている。このロータ15は、ロータ軸16の両端部を第1玉軸受5と第2玉軸受7に回転自在に支持させることによって、ステータ11の内側を貫通して電動機ケース2内に取付けられている。第1玉軸受5の内輪及び第2玉軸受7の内輪8は、いずれもロータ軸16の外周に密着されている。それにより、第1玉軸受5の内輪及び第2玉軸受7の内輪8は、ロータ軸16に対して回転されないようにロータ軸16に保持されている。
図4に示すようにスリンガー19は、円板状であって、軸受カバー部19aと、端面板カバー部19bと、複数の羽根20を備えている。
軸受カバー部19aは、内周部位と、これとの間に第1段差19cを形成して内周部位に一体に連続された外周部位とからなる。内周部位はその中央部に円形の取付け孔19dを有している。端面板カバー部19bは、前記外周部位との間に第2段差19eを形成して外周部位に一体に連続されている。この端面板カバー部19bは、ケース端面板4の環状縁部4c及びその周りに一体に連続された中央部位4dを、電動機部Mの内側から覆う部分であって、例えば環状縁部4c及び中央部位4dの形状に応じて曲がって形成されている。各羽根20は、スリンガー19の周部をなした端面板カバー部19bに、周方向に沿って一体間隔で設けられている。
こうした構成のスリンガー19は金属製又は耐熱性合成樹脂で形成できる。金属製の場合、端面板カバー部19bに対して各羽根20を溶接等により固定すればよく、耐熱性合成樹脂の場合、端面板カバー部19bに対して各羽根20を一体に成形することが可能である。
図2に示すようにスリンガー19の取付け孔19dはロータ軸16に嵌合されている。スリンガー19は、ロータ軸16にこの軸と一体に回転するように取付けられている。そのために、ロータ軸16に取付けられたC型又はE型の止め輪21によって、この止め輪21と内輪8との間に軸受カバー部19aの内周部位が挟まれている。
こうして取付けられたスリンガー19は第2玉軸受7を電動機部Mの内側から覆っている。より詳しくは、スリンガー19の軸受カバー部19aが第2玉軸受7を覆い、更に、スリンガー19の端面板カバー部19bがケース端面板4の環状縁部4a及び中央部位4dに接近してこれらを非接触状態で覆っている。
図2に示すように軸受カバー部19aの第1段差19cより内周部位は内輪8の端面に接触されているが、軸受カバー部19aの第1段差19cより外周部位は、第1段差19cに応じて外輪9から離れている。これとともに、互に離されかつ接近した状態に対向している端面板カバー部19bとケース端面板4の中央部との間に、軸受内間隙7aより狭い隙間gが形成されている。この隙間gは、第2玉軸受7側において軸受内間隙7aに連通され、第2玉軸受7と反対側において電動機部M内に開放されている。したがって、電動機部Mの内部と軸受内間隙7aとは隙間gを経由して連通されている。
スリンガー19は電機子巻線17aにファン部F側から対向している。更に、スリンガー19の各羽根20は、例えば隙間gの外部に設けられていてステータ11に向けて突出されている。これにより、図1に示すように各羽根20は、各ステータ巻線13のファン部側巻線端部13a夫々近付けられている。
図示しない前記一対のブラシ装置は、ケース本体3を半径方向に貫通し、かつ、ケース本体3に対して電気絶縁されて取付けられている。これらのブラシ装置が有したカーボンブラシはコイルばねによって整流子25の外周に押付けられている。
前記ファン部Fのファン31は、遠心型のものであって、図1に示すように円板状のファンベース32と、このファンベース32に対向する円板状の前シュラウド33とを、ファン31の周方向に一定間隔で配置された複数枚のブレード34で連結してなる。これらの部材は、いずれも金属製例えばアルミニウム製である。各ブレード34はファンベース32及び前シュラウド33に対して直角に設けられている。これらブレード34は、その両側縁に複数のかしめ突起(図示しない)を有しており、これらの突起をファンベース32及び前シュラウド33に設けたかしめ用孔に夫々挿入した状態で、各かしめ突起をかしめて潰すことによって、各ブレード34にファンベース32及び前シュラウド33が連結されている。ファン31の周部に吐出し口31aが形成されている。前シュラウド33の中央部に吸込み口31bが開口されている。
このファン31はロータ軸16のファン部側軸端部にナット35を用いて固定されている。ロータ軸16のファン部側軸端部は、第2玉軸受7、第2の軸受ハウジング部4aの通孔4b、及び後述するディフューザ41の中央部を厚み方向に貫通して、ファン部Fの内部に突出されている。図2に示すようにファンベース32の中央部は三層構造となっており、その裏面と第2玉軸受7の内輪8との間に、リング形のディスタンス部材36が挟まれている。したがって、ロータ軸16が貫通したファンベース32の中央部とディスタンス部材36は、第2玉軸受7の内輪8とナット35とで挟まれている。
ディフューザ41は、合成樹脂例えばナイロン系樹脂の一体成形品であって、ファン31の吐出し口31aから吐出された気流を静圧化して電動機ケース2のケース内風路2aに案内するために用いられている。図1に示すようにディフューザ41は、ファン31の直径より大きい円板形のディフューザベース41aと、このディフューザベース41aの周部表面に一体に設けられた複数の略円弧状をなす上流側静翼41bと、ディフューザベース41aの裏面に一体に設けられた複数の略円弧状をなす下流側静翼41cを有している。
このディフューザ41は中央部に円形の通孔42(図2参照)を有している。ディフューザ41は、その通孔42を第2の軸受ハウジング部4aの外周に嵌合させて、ファン31と電動機ケース2との間に配置されている。このディフューザ41は、ケース端面板4の中央部に設けたねじ孔に通された図示しないねじにより、ケース端面板4に固定されていて、ケース本体3の開口及びケース端面板4を覆っている。
ディフューザ41のディフューザベース41aはファン31のファンベース32の裏面に対向していて、これらの間に空隙G(図1及び図2参照)が形成されている。ディフューザ41の上流側静翼41bは、ファン31の周囲に配設されて、ファン31の吐出し口31aに対向している。ディフューザ41の下流側静翼41cはケース本体3の開口に対向されている。
空隙Gは、第2の軸受ハウジング部4aの通孔4bを通じて第2玉軸受7の軸受内間隙7aに連通されている。更に、空隙Gは、ファン31の吐出し口31aとこれを包囲した上流側静翼41bとの間に連通されている。
ファン31から吐出される気流をディフューザ41に導くファンカバー45は、例えば金属製であって、図1に示すように中央部にファン31の吸込み口31bに対向する吸気口45aを有しているとともに、周部に静翼押え部45bを有している。このファンカバー45は、電動機部Mの開口縁3bに嵌合されて、ファン31及びディフューザ41を覆って電動機ケース2に取付けられている。静翼押え部45bは、ケース本体3の開口縁3bとの間にディフューザ41の周部を挟んでいる。
ファンカバー45の裏面に吸気口45aを囲んでリング形のシール材46が装着されている。シール材46は、ファン31をなした金属材料より強度が低い材料、例えば紙材等で作られている。シール材46に前シュラウド33の吸込み口31bの縁が接触されている。それにより、前シュラウド33とファンカバー45との間のスペースとファン31の吸込み口31bとの間がシールされている。
電動送風機1の電動機部Mへの通電がなされると、ロータ15とともにファン31が回転される。それに伴い、空気が、ファンカバー45の吸気口45a、ファン31、ディフューザ41内の風路、ケース内風路2a、及び排気部14を、この記載順に流通して、電気掃除機において吸塵をするための送風動作が営まれる。
この送風動作において、ファン31の吐出し口31aからディフューザ41の上流側静翼41b間に吐出された空気の流れによって、上流側静翼41bと吐出し口31aとの間に連通している空隙Gは負圧となる。この一方で、電動機部Mの内部は略大気圧となるので、り、電動機部Mの内部と空隙Gとの間に圧力差を生じる。
しかし、ロータ15と共に回転されるスリンガー19に複数の羽根20が形成されている。これにより、電動機部M内でかつスリンガー19の近傍の空気が、スリンガー19の回転に伴い各羽根20によって送風される。この場合、図2中実線矢印で示すようにスリンガー19の遠心方向に送風される。なお、ロータ15の回転方向Cを図3及び図4中矢印で示す。しかも、各羽根20がスリンガー19の周部に設けられていることにより、スリンガー19の周部より内側に各羽根を設けた場合に比較して、遠心力が大きく働くので、より強く送風できる。
回転されたスリンガー19の羽根20による送風に伴い、ケース端面板4の長手方向中央部とこれに接近されているスリンガー19との間に形成された隙間g内の空気を、電動機部Mの内部に吸引する気流(図2中点線矢印参照)が、スリンガー19の羽根20によって形成される。これにより、隙間g内の空気及びこの隙間gに連通された第2軸受7の軸受内間隙7a内の空気が、電動機部Mの内部に吸出される
こうして電動機部Mの内部に隙間gから吸出される空気の流れは、空隙Gの負圧を原因として電動機部Mの内部から隙間g及び第2玉軸受7の軸受内間隙7aに流入しようとする気流とは逆方向に流れる。
これにより、空隙Gと電動機部Mの内部との圧力差が小さくなる。そのため、電動機部Mの内部の微細な塵(カーボン粉を含む。)が、前記隙間gを通って第2玉軸受7内に侵入することが抑制される。したがって、第2玉軸受7の寿命が低下しないようにできる。
しかも、以上のようなスリンガー19の送風作用により、微細な塵が隙間gを通って第2玉軸受7内に入り込まないようにしたので、コストが高いシール部材付きの第2玉軸受を採用する必要がない。更に、これに伴って、第2玉軸受7での機械損が増えることがないので、電動送風機1の効率低下を回避することが可能である。
これとともに、前記圧力差が小さくなることにより、電動送風機1内での空気循環がし難くなる。つまり、電動機部M内の空気の一部が、第2玉軸受7を通り抜け、隙間Gを流通し、ファン31の吐出し口31aから吐出される空気に合流して電動機部M内に送風される、という循環を繰り返すことが抑制される。したがって、送風効率の低下を抑制できる。
加えて、ステータ巻線13のファン部側巻線端部13aがスリンガー19の周部に近付けられているので、スリンガー19の回転により形成された風が、ファン部側巻線端部13aに吹きつけられるようになる。これにより、ケース内風路2aを通り抜けようとする気流とは別にステータ巻線13の空冷を補助することが可能で、ステータ巻線13の銅損を抑制できる。これに伴い、電動送風機1の効率を改善することが可能である。なお、ファン部側巻線端部13aに吹きつけられる気流の速度は、ケース内風路2aを通り抜けようとする気流よりもかなり低速であるので、スリンガー19の回転により形成された風で、ケース内風路2aを通り抜けようとする気流が乱されることはなく、乱されることがあっても無視できる程度である。
図5は第2実施形態を示している。第2実施形態は以下説明する構成が第1実施形態とは相違しており、それ以外の構成は第1実施形態と同じであるため、第1実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第1実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。
この第2実施形態の電動送風機は、スリンガー19の端面板カバー部19bの構成、及び複数の羽根20の配置が第1実施形態とは異なる。
詳しくは、ケース端面板4の環状縁部4c及び中央部位4dに対向する端面板カバー部19bは、平板状である。これにより、端面板カバー部19bの周部、つまり、スリンガー19の周部と、ケース端面板4の中央部位4dとの間の隙間gは、端面板カバー部19bと環状縁部4cとの間より広く形成されているとともに、この隙間gを経由して軸受内間隙7aと電動機部Mの内部とが連通されている。
各羽根20は前記隙間gの広い部分に突出してスリンガー19の周部に中央部位4dに向けて接近するように設けられている。これらの羽根20は、スリンガー19の回転によって遠心方向への送風をするように形成されている。
第2実施形態の電動送風機は、以上説明した以外の構成は図示されない構成を含めて第1実施形態と同じである。したがって、この第2実施形態においても、第1実施形態で説明した理由によって、電動機部M内の空気がファン部側の第2玉軸受7を通ってファン部Fの空隙Gにリークすることを、機械損を伴うことなく十分に抑制することが可能である。
加えて、スリンガー19と電動機ケース2のケース端面板4とが形成した隙間g内に羽根20が配設されている。これにより、隙間g及びこれに連通された第2玉軸受7の軸受内間隙7a内の空気を、各羽根20の送風作用によって直接的に吸出すことができる。このため、ファン部側の空隙Gと電動機部M内の圧力差がより小さくなり、前記リークをより効果的に抑制できる利点がある。
図6から図8は第3実施形態を示している。第3実施形態は以下説明する構成が第1実施形態とは相違しており、それ以外の構成は第1実施形態と同じであるため、第1実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第1実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。
この第3実施形態の電動送風機は、スリンガー19の各羽根20構成が第1実施形態とは異なる。
詳しくは、各羽根20は、スリンガー19の端面板カバー部19bに切起こして形成されている。これらの羽根20は電動機部Mの内部に向けて斜めに切起こされている。各羽根20は、スリンガー19の回転方向Cの上流側に羽根20の根元が位置し、かつ、回転方向Cの下流側に羽根20の先端が位置するように傾けられている。各羽根20の先端は前記根元に対して電機子巻線17aに近づけられている。
ロータ15と共にスリンガー19が回転されると、ロータ軸16の軸方向に沿うように電機子巻線17aに向けて空気が送風される。こうした送風に伴って軸受内間隙7aに連通されている隙間g内の空気は、各羽根20の切起こし跡を通って電動機部M内に吸出される。
第3実施形態の電動送風機は、以上説明した以外の構成は図示されない構成を含めて第1実施形態と同じである。したがって、この第3実施形態においても、第1実施形態で説明した理由によって、電動機部M内の空気がファン側の第2玉軸受7を通ってファン部Fにリークすることを、機械損を伴うことなく十分に抑制することが可能である。
加えて、各羽根20を切起こして設けたので、スリンガー19を金属製とした場合に、低コストで製造することができる利点がある。
1…電動送風機、M…電動機部、F…ファン部、2…電動機ケース、4a…軸受ハウジング部、5,7…玉軸受、7a…軸受内間隙、8…内輪、9…外輪、10…鋼球、11…ステータ、15…ロータ、16…ロータ軸、19…スリンガー、20…羽根、g…隙間、31…ファン、G…空隙、45…ファンカバー

Claims (2)

  1. 電動機ケース及びこの内部にステータと共に配設されたロータを備える電動機部と、前記ロータに連結されたファン及びこのファンを覆って前記電動機ケースに取付けられたファンカバーを有するファン部を備え、前記電動機ケースに形成された軸受ハウジング部内に配置された玉軸受で前記ロータのロータ軸が支持されているとともに、前記ロータ軸の前記ファン部側部位が貫通された前記玉軸受を前記電動機部の内側から覆うスリンガーが、前記ロータ軸にこの軸と一体に回転されるように取付けられた電動送風機において、
    前記ロータ軸が貫通された前記玉軸受の内輪と外輪との間の空気を前記電動機部の内部に吸出す気流を形成する羽根を、前記スリンガーに設けたことを特徴とする電動送風機。
  2. 前記羽根が、前記スリンガーとこれに対向された前記電動機ケースとの間に形成されて前記内輪と外輪との間に連通された隙間内に、遠心方向への送風をするように配設されていることを特徴とする請求項1に記載の電動送風機。
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